Переходные процессы в электротехники / Лабораторные работы / ПП-2012.Учебное пособие

2.3.5. Тумблер делителя напряжения канала АСН0-АСН8 коннектора А4

установите в положение «1:10». Тумблер выбора режима работы общей точки аналоговых входов коннектора А4 установите в положение «AIGND».

2.3.6. Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А5 и запустите программу «Многоканальный осциллограф». Настройте программу для запоминания,

например, последних 30 секунд процесса.

2.3.7.Включите автоматические выключатели и устройство защитного отключения источника G1.

2.3.8.Включите ключ-выключатель источника G1.

2.3.9.Нажмите кнопку «ВКЛ» включения сканирования первого канала виртуального осциллографа.

2.3.10.Нажмите кнопку «ВКЛ» источника G1 и через 1-2 секунды после этого –

красную кнопку-гриб. Повторите эксперимент 4-5 раз. Остановите сканирование данных программой «Многоканальный осциллограф» нажатием на виртуальную кнопку «Остановить» .

2.3.11. Отобразите записанный процесс нажатием на виртуальную кнопку . 2.3.12. Используя возможности программы «Многоканальный осциллограф»,

проанализируйте полученные временные зависимости тока включения однофазного трансформатора без нагрузки.

2.3.13.Для более точной фиксации кривой тока, имеющей значительную постоянную составляющую, можно использовать вместо блока трансформаторов тока

инапряжения 401.1 блок датчиков тока и напряжения (402.3).

2.3.14.Снять осцилограммы тока и напряжения при α1=0 и α1=90°. Определить значения ударного и установившегося тока. Определить постоянную времени цепи короткого замыкания и время переходного процесса.

23

.Рис		L1
2		L2
		L3
4.
		N
схемаЭлектрическая		РЕ
	347.1	Вкл.
		201.2
	A2	G1
соединений		401.1
		A3

24

Аналоговые входы

ACH0 ACH8 ACH1 ACH9 ACH2 ACH10 ACH3 ACH11

A5

AIGND AISENSE

Аналоговые выходы

ACH4 ACH12 ACH5 ACH13 ACH6 ACH14 ACH7 ACH15 DAC0OUT DAC1OUT

AOGND

330

A4

2.4Содержание отчета

2.4.1Электронная схема соединений.

2.4.2Результаты экспериментальных исследований.

2.4.3Выводы по работе.

2.5Вопросы для самопроверки

2.5.1.Чем объясняются большие броски тока намагничивания при включении холостого трансформатора?

2.5.2.Во сколько раз ударный ток превышает действующее значение установившегося тока?

2.5.3.Как определяется время переходного процесса?

25

3. Лабораторная работа № 2. Переходный процесс при симметричном коротком замыкании в электрической сети, питающейся от источника практически бесконечной мощности

Цель работы - теоретическое и экспериментальное исследование токов при

коротком замыкании.

3.1 Аналитическое исследование переходного процесса

U А U sin t A rк	Lк	iA	r1	L1

UB U sin t	B	r	L	iB	r	L
		к	к		1	1
UC U sin t	C	r	L	iC	r	L
		к	к		1	1
S

z 0

Рис. 3.1 Трехфазная симметричная цепь, питаемая от источника бесконечной мощности

Короткое замыкание делит цепь на две части: правую с сопротивлением r1 и x1 = ωL1 в каждой фазе и левую, содержащую источник питания и сопротивления цепи короткого замыкания rk и xk = ωLk. Процессы в обеих частях протекают независимо.

Правая часть оказывается зашунтированной коротким замыканием, и ток в ней будет поддерживаться лишь до тех пор, пока запасенная в индуктивности L1 энергия магнитного поля не перейдет в тепло, выделяющееся на сопротивлении r1. Этот ток при активно-индуктивном характере цепи не превышает тока нормального режима и постепенно затухает до нуля, не представляя опасности для оборудования.

Дифференциальное уравнение, составленное для каждой фазы этой цепи, имеет

вид

di 0 ir1 L1 dt .

Решение этого уравнения

t

i(t) i0e Ta1 ,

26

где
T		L1		x1	– постоянная времени, сек;
a1		r1		r1

i0 – мгновенное значение тока в фазе, перед тем как произошло короткое замыкание.

Рассмотрим процессы в левой части цепи. Дифференциальное уравнение,

описывающее этот процесс, имеет вид:

u ir	L	di	,	(3.1)
к	к dt

где

u, i – мгновенные значения напряжения и тока фазы А;

t – время, отсчитываемое от начала короткого замыкания.

Решение этого уравнения имеет вид:

									t
i	(t) i	(t) i	(t) I		sin( t		) i				(3.2)
				п.m		к		e Ta ,
к	п	a					a.0

где

iп(t), iа(t) – периодическая и апериодическая составляющие тока короткого

замыкания;

Iп.m Um – амплитудное значение тока фазы А; zк

Um – амплитудное значение фазного напряжения;

zк rк2 (ωL)2 – полное сопротивление цепи короткого замыкания;

α – фазовый угол сдвига тока относительно напряжения источника питания;

L

Ta к – постоянная времени цепи короткого замыкания; rк

iа.0 – начальное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Начальное значение апериодической составляющей найдем из (3.2) при t=0:

iа(0)=iк(0)-iп(0) ,

где iк(0) – начальное значение полного тока до короткого замыкания при t=0.

27

Будем считать, что установка до короткого замыкания работала на холостом

ходу (iк(0)=0). Тогда

ia0=ia(0)=-iп(0)=-Iпмsin(α-φк).

Из этого выражения следует, что ток iа0 принимает максимальное значение iа0=Iпм при α=φк=90º и минимальное значение iа0=0 при α=φк. Для реальных цепей

обычно ωLк>>rк и φк=60...90º.

При φк=90º и α=0 полный ток

t

iк (t) Iп.м.(sin( t ) e Ta ) . (3.3) 2

Кривая полного тока, построенная по выражению (3.3) представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Изменение тока короткого замыкания в цепи питаемой от источника бесконечной мощности при φк=90º и α=0.

Максимальное мгновенное значение полного тока iк(t) наступает, обычно, через

0,01 сек после начала короткого замыкания и называется ударным током. Ударный ток можно определить из соотношения (3.3) для момента t=0,01с

	2								2		∙0,01
у =	п.м. sin			−	2	+	=		п.м. sin		0,02	−	2	+	.

28

Отсюда

0,01

iу Iп.м.(1 e Ta )

или

iу ky Iп.м. ,

где величина

0,01

k у (1 e Ta )

называется ударным коэффициентом.

Ударный коэффициент может принимать значения от ky=1 при Ta=0, когда Lк=0,

т. е. цепь короткого замыкания обладает чисто активным сопротивлением, и до ky=2,

когда цепь короткого замыкания обладает чисто индуктивным сопротивлением.

Действующим значением полного тока в произвольный момент времени называют среднеквадратичное значение за один его период, в середине которого находится рассматриваемый момент времени t.

Наибольшее действующее значение полного тока короткого замыкания Iy

определится в первом периоде переходного процесса (t=0,01c)

0,01

0,02

Ta )2 Iп

Ta

Iу

Iп2 Iа2

Iп2 ( 2 Iп e

1 2e

.

При изменении Та от 0 до ∞ величина тока Iy/Iп изменяется от 1 до 3 .

Произведение действующего значения периодической составляющей тока КЗ и линейного (межфазного) напряжения называется мощностью короткого замыкания.

Sк 3 Iп Uл .

29

3.2 Экспериментальное исследование переходного процесса при симметричном коротком замыкании в электрической сети, питающейся от источника

практически бесконечной мощности

Электрическая схема соединений работы представлена на рис. 3.3, а перечень

аппаратуры дан в таблице 3.1.

201.2

Вкл.

L1 L2 L3 N РЕ

347.1

G1

A11							A10

A5	347.2	347.1	A1			Аналоговые выходы	DAC0OUT DAC1OUT	AOGND	330
					ACH11		ACH15
A6	306.1	313.2	A2	Аналоговыевходы	ACH10 ACH3	AIGND AISENSE	ACH5ACH12ACH13 ACH6 ACH14 ACH7
					ACH8
					ACH2
					ACH9
					ACH1
					ACH0		ACH4		A9
	324.1	313.2
A7			A3
						401.1
						A8

	301.1			A4

Рис. 3.3 Электрическая схема соединений

30

			Таблица 3.1.
Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
	Трехфазная		3 х 80 В·А;
A1, А11		347.1	230 (звезда)/242, 235, 230, 126,
	трансформаторная группа
			220, 133, 127 В
			400 В~; 3х0,5 А
А2, А3	Модель линии	313.2	0…1,5 Гн/0…50 Ом
	электропередачи		0…2x0,45 мкФ
			0…250 Ом
А4	Трехполюсный выключатель	301.1	400 В ~; 10 А
			3 х 80 В·А;
А5	Трехфазная	347.2	242, 235, 230, 126, 220, 133,
	трансформаторная группа		127/230 В
			(треугольник)
А6	Активная нагрузка	306.1	220/380 В; 50Гц;
			3x0…50 Вт
А7	Индуктивная нагрузка	324.2	220/380 В; 50Гц;
			3х40 Вар
	Блок измерительных		3 трансформатора напряжения
			600 / 3 В;
А8	трансформаторов тока и	401.1
			3 трансформатора тока 0,3 А / 3
	напряжения		В
			8 аналог. диф. входов;
А9	Коннектор	330	2 аналог. выхода;
			8 цифр. входов/ выходов
			IBM совместимый, Windows
			XP, монитор, мышь,
А10	Персональный компьютер	550	клавиатура,
			плата сбора информации
			PCI 6024E
G1	Трехфазный источник	201.2	400 В ~; 16 А
	питания

3.3Указания по проведению эксперимента

3.3.1.Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

3.3.2.Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» трехфазного источника питания G1.

3.3.3.Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте,

сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

3.3.4. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

31

3.3.5. Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А10 и запустите программу «Многоканальный осциллограф». Настройте программу для запоминания,

например, последних 30 секунд процесса.

3.3.6.Включите автоматические выключатели и устройство защитного отключения источника G1.

3.3.7.Включите ключ-выключатель источника G1.

3.3.8.Переключатель режима работы трехполюсного выключателя А4

установите в положение «РУЧН.».

3.3.9. Тумблеры делителей напряжения используемых каналов коннектора А9

установите в положение «1:1». Тумблер выбора режима работы общей точки аналоговых входов коннектора А9 установите в положение «AIGND».

3.3.10. Номинальные фазные напряжения трансформаторов А1, А11 и А5

выберите равными 127 В.

3.3.11.Выберите мощность индуктивной нагрузки А7 – 40 % от 40 Вар во всех фазах, активной А6 – 50% от 50 Вт во всех фазах.

3.3.12.Установите следующие параметры моделей линий электропередачи А2 и

А3: R = 0 Ом, L/R = 1,2/32 Гн/Ом, C = 0 мкФ.

3.3.13.Нажмите кнопки «ВКЛ» включения сканирования первого и второго каналов виртуального осциллографа.

3.3.14.Нажмите кнопку «ВКЛ» источника G1. Включите выключатель «СЕТЬ»

трехполюсного выключателя А4.

3.3.15. Смоделируйте короткое замыкание, нажав кнопку «ВКЛ» трехполюсного выключателя А4. Через 3-5 секунд отключите выключатель А4 нажатием на кнопку

«ОТКЛ» на его передней панели. Повторите эксперимент 4-5 раз. Остановите сканирование данных программой «Многоканальный осциллограф» нажатием на виртуальную кнопку «Остановить» .

3.3.16.Отобразите записанный процесс нажатием на виртуальную кнопку .

3.3.17.Используя возможности программы «Многоканальный осциллограф»,

проанализируйте полученные временные зависимости тока короткого замыкания и

фазного напряжения. Определите по ним момент возникновения короткого

32